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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufs eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Klimatisierungs- und Kühlkreislaufs. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kältekreislauf eines Kraftfahrzeugs.
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Aus der
DE 10 2016 001 096 A1 ist der grundsätzliche Aufbau eines Kältekreislaufs eines Kraftfahrzeugs bekannt. Ein solcher Kältekreislauf wird auch als Kältemittelkreislauf oder Kälteanlage bezeichnet. Der Kältekreislauf verfügt über einen Verdichter zur Verdichtung eines Kältemittels, über einen Kondensator zur Verflüssigung des Kältemittels sowie über einen Verdampfer zur Verdampfung des Kältemittels, wobei dem jeweiligen Verdampfer ein Expansionsventil zur Entspannung des Kältemittels vorgelagert ist. Aus diesem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, im Kältekreislauf einen Wärmetauscher bzw. Wärmeübertrager vorzusehen, über den einerseits das vom Kondensator zum Expansionsventil strömende Kältemittel und andererseits das vom Verdampfer zum Verdichter strömende Kältemittel geführt wird, um den Kältekreislauf noch effizienter betreiben zu können. Weiter ist ein Regelgerät gezeigt, welches der Ansteuerung bzw. Regelung des Expansionsventils dient. Dem Regelgerät werden als Eingangsgrößen Druckmesswerte und Temperaturmesswerte zugeführt, nämlich Messwerte eines ersten pT-Sensors, der stromabwärts des Verdichters und stromaufwärts des Kondensators angeordnet ist, Messwerte eines zweiten pT-Sensors, der stromabwärts des Kondensators und stromaufwärts des Wärmetauschers angeordnet ist, Messwerte eines dritten pT-Sensors, der stromabwärts des Verdampfers, nämlich stromabwärts eines Kältemittelsammlers, und stromaufwärts des Wärmetauschers angeordnet ist, sowie Messwerte eines Temperatursensors, welcher die Umgebungstemperatur misst. Abhängig von diesen Messwerten steuert das Regelgerät das Expansionsventil an, um einen energieoptimalen oder leistungsoptimalen Betrieb des Kältekreislaufs zu gewährleisten.
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Aus der
DE 10 2016 005 782 B4 ist ein weiterer Kältekreislauf eines Kraftfahrzeugs bekannt, der mehrere parallel geschaltete Verdampfer mit den jeweiligen Verdampfern vorgelagerten Expansionsventilen aufweist. Auch nach diesem Stand der Technik steuert ein Regelgerät ein Expansionsventil an. Bei Erreichen einer Mindestdrehzahl für den Verdichter und einer weiteren Absenkung einer Soll-Temperatur für den Verdampfer werden Maßnahmen ergriffen, um das Expansionsventil weiter zu öffnen und aus der daraus resultierenden Anhebung eines Saugdrucks die Verdampferlufttemperatur zu beeinflussen.
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Aus der
DE 10 2008 033 854 A1 ist ein weiterer Kältekreislauf eines Kraftfahrzeugs bekannt, der einen Verdichter, einen Kondensator und mehrere parallel geschaltete Verdampfer mit den Verdampfern vorgelagerten Expansionsventilen umfasst. Die Expansionsventile sind steuerbar bzw. regelbar, um einen Volumenstrom durch das Expansionsventil zu steuern bzw. zu regeln.
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Obwohl es grundsätzlich bekannt ist, die Öffnungsstellung von Expansionsventilen in einem Kältekreislauf eines Kraftfahrzeugs zu steuern bzw. zu regeln, und zwar abhängig von Temperaturmesswerten und Druckmesswerten des Kältemittels im Kältekreislauf, besteht Bedarf daran, einen Kältekreislauf noch effizienter zu betreiben, insbesondere mit dem Ziel, dass Regeleingriffe so gering wie möglich gehalten werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufs eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Klimatisierungs- und Kühlkreislaufs, und einen solchen Kältekreislauf zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufs eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Klimatisierungs- und Kühlkreislaufs, gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist für den Verdichter ein Verdichter-Kennfeld steuerungsseitig hinterlegt, in Abhängigkeit dessen abhängig von einer Ist-Temperatur und einem Ist-Druck des Kältemittels stromaufwärts des Verdichters und abhängig von einer Ist-Temperatur und einem Ist-Druck stromabwärts des Verdichters ein Kältemittel-Massestrom über den Verdichter bestimmbar ist.
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Für das jeweilige Expansionsventil ist erfindungsgemäß ein Expansionsventil-Kennfeld steuerungsseitig hinterlegt, in Abhängigkeit dessen abhängig von einer Ist-Temperatur und einem Ist-Druck stromabwärts des Verdichters ein Kältemittel-Massestrom über das jeweilige Expansionsventil bestimmbar ist.
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Abhängig von einer Leistungsanforderung an den Kältekreislauf wird erfindungsgemäß auf Basis des Verdichter-Kennfelds eine Ansteuergröße für den Verdichter und abhängig von dem jeweiligen Expansionsventil-Kennfeld eine Ansteuergröße für das jeweiligen Expansionsventil bestimmt, um die Leistungsanforderung über einen entsprechenden Kältemittel-Massestrom über Verdichter und jeweiliges Expansionsventil zu erfüllen.
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Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, sowohl für den Verdichter als auch das mindestens eine Expansionsventil ein jeweiliges Kennfeld zu hinterlegen. So ist für den Verdichter das Verdichter-Kennfeld und für das jeweilige Expansionsventil das jeweilige Expansionsventil-Kennfeld steuerungsseitig hinterlegt. In Abhängigkeit dieser Kennfelder sind ein Kältemittel-Massestrom über den Verdichter sowie ein Kältemittel-Massestrom über das jeweilige Expansionsventil bestimmbar.
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Abhängig von der Leistungsanforderung an den Kältekreislauf wird auf Basis der obigen Kennfelder der Kältekreislauf betrieben, wobei auf Basis des Verdichter-Kennfelds die Ansteuergröße für den Verdichter und abhängig von dem jeweiligen Expansionsventil-Kennfeld die Ansteuergröße für das jeweilige Expansionsventil bestimmt wird, um im Sinne einer Vorsteuerung die Leistungsanforderung direkt zu erfüllen.
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Hierdurch ist es möglich, dass eine überlagerte Regelung von Verdichter und jeweiligem Expansionsventil nur noch minimal eingreifen muss, um die Leistungsanforderung zu erfüllen.
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Auch bei einer dynamischen Änderung der Leistungsanforderung können über die erfindungsgemäße Berechnung der Kältemittel-Masseströme über Verdichter und Expansionsventil für Verdichter und Expansionsventil Ansteuergrößen bestimmt werden, mithilfe derer die sich dynamisch ändernde Leistungsanforderung direkt angefahren werden kann. Eine überlagerte Regelung von Verdichter und jeweiligem Expansionsventil muss nur noch minimal eingreifen, um zur Bereitstellung der Leistungsanforderungen Nuancen in der Ansteuerung des jeweiligen Expansionsventils sowie des Verdichters auszuregeln.
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Vorzugsweise ist das steuerungsseitig hinterlegte Verdichter-Kennfeld bei einem elektrisch angetriebenen Verdichter weiterhin von einer Drehzahl eines den Verdichter antreibenden Elektromotors und bei einem mechanisch angetriebenen Verdichter von der Öffnungsstellung eines Verdichter-Regelventils abhängig. Die Erfindung kann sowohl bei elektrisch angetriebenen Verdichtern, die von einem separaten Elektromotor aus angetrieben werden, als auch bei mechanisch angetriebenen Verdichtern, die von der Kurbelwelle aus angetrieben werden, genutzt werden. Bei einem elektrisch angetriebenen Verdichter wird als Ansteuergröße bzw. Vorsteuergröße eine Drehzahl für den Elektromotor bestimmt, welcher den Verdichter antreibt. Bei mechanisch angetriebenen Verdichtern wird als Ansteuergröße bzw. Vorsteuergröße eine Öffnungsstellung des Verdichter-Regelventils bestimmt.
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Vorzugsweise ist das jeweilige steuerungsseitig hinterlegte Expansionsventil-Kennfeld weiterhin von einer Öffnungsstellung des Expansionsventils abhängig. Bei den Expansionsventilen handelt es sich um elektrisch ansteuerbare Expansionsventile, deren Öffnungsstellung über einen elektrischen Aktuator beeinflusst werden kann.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird abhängig von einer Leistungsanforderung an den Kältekreislauf auf Basis des Verdichter-Kennfelds als Ansteuergröße für den Verdichter, die vorzugsweise als Vorsteuergröße des Verdichters dient, bei einem elektrisch angetriebenen Verdichter eine Drehzahl des den Verdichter antreibenden Elektromotors und bei einem mechanisch angetriebenen Verdichter eine Öffnungsstellung des Verdichter-Regelventils bestimmt wird, mit der ein die Leistungsanforderung erfüllender Kältemittel-Massestrom über den Verdichter bereitgestellt wird.
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Abhängig von demjenigen Anteil des vom Verdichter bereitgestellten Kältemittel-Massestroms, welcher über das jeweilige Expansionsventil und damit den jeweiligen Verdampfer geführt wird, und abhängig von dem Expansionsventil-Kennfeld des jeweiligen Expansionsventils wird als Ansteuergröße für das jeweilige Expansionsventil, die vorzugsweise als Vorsteuergröße für das jeweiligen Expansionsventils dient, eine Öffnungsstellung desselben bestimmt, mit welcher dieser Anteil des Kältemittel-Massestroms über das jeweilige Expansionsventil geführt wird, und zwar unter Bereitstellung einer Leistungsanforderung an den jeweiligen Verdampfer, welcher dem jeweiligen Expansionsventil nachgelagert ist.
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Vorzugsweise wird die Öffnungsstellung des jeweiligen Expansionsventils weiterhin geregelt, um eine Ist-Temperatur und einen Ist-Druck des Kältemittels stromabwärts des Verdampfers in Richtung auf eine Soll-Temperatur und einen Soll-Druck zu führen, bzw. auf eine Soll-Überhitzung oder Unterkühlung des Kältemittels. Ferner wird bei einem elektrisch angetriebenen Verdichter die Drehzahl des Verdichters und bei einem mechanisch angetriebenen Verdichter die Öffnungsstellung eines Verdichter-Regelventils weiterhin geregelt, um eine Ist-Temperatur eines zu kühlenden Mediums, wie beispielsweise Luft, Kühlwasser oder Öl, stromabwärts des Verdampfers in Richtung auf eine Soll-Temperatur zu führen. Über die übergelagerte Regelung ist es möglich, verbleibende Ungenauigkeiten der Voransteuerung auszuregeln. Der erfindugsgemäße Kältekreislauf ist in Anspruch 8 definiert.
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Der erfinugsgemäße Kältekreislauf ist in anspruch 8 definiert.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 ein Blockschaltbild eines Kältekreislaufs, nämlich eines Klimatisierungs- und Kühlkreislaufs, eines Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt einen Kältekreislauf 10 eines Kraftfahrzeugs, welcher als Klimatisierungs- und Kühlkreislauf ausgeführt ist. Der Kältekreislauf 10 verfügt über einen Verdichter 11 zur Verdichtung eines Kältemittels. Beim Verdichter 11 kann es sich um einen über einen Elektromotor elektrisch angetriebenen Verdichter 11 oder auch um einen von einer Kurbelwelle oder Getriebewelle aus mechanisch angetriebenen Verdichter 11 handeln. Kältemittel, welches im Verdichter 11 verdichtet wird, strömt im Anschluss an den Verdichter 11 über einen Kondensator 12 des Kältekreislaufs, wobei der Kondensator 12 der Verflüssigung des Kältemittels dient. Ausgehend vom Kondensator 12 wird das Kältemittel in Richtung auf mindestens einen Verdampfer 13a, 13b geführt, wobei dem jeweiligen Verdampfer 13a, 13b ein jeweiliges elektrisch aktuierbares Expansionsventil 14a bzw. 14b vorgelagert ist. Der jeweilige Verdampfer 13a, 13b dient der Verdampfung des Kältemittels, der dem jeweiligen Verdampfer 13a, 13b vorgelagerte Expansionsventil 14a, 14b dient der Entspannung des Kältemittels stromaufwärts des jeweiligen Verdampfers 13a, 13b.
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Im Bereich des jeweiligen Verdampfers 13a, 13b kann Umgebungsluft für eine Klimaanlage oder auch Kühlmittel, wie zum Beispiel Kühlwasser oder Kühlöl, für einen Kühlkreislauf gekühlt werden. Kühlflüssigkeit kann zum Beispiel genutzt werden, um eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs zu kühlen.
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Das über den jeweiligen Verdampfer 13a, 13b geführte Kältemittel wird im Anschluss wiederum in Richtung auf den Verdichter 11 geführt.
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1 zeigt weiterhin einen Wärmetauscher 15, über den einerseits das vom Kondensator 12 zu den Expansionsventilen 14a, 14b strömende Kältemittel und andererseits das von den Verdampfern 13a, 13b in Richtung auf den Verdichter 11 strömende Kältemittel geführt werden kann. Über diesen Wärmetauscher 15 kann das in Richtung auf die Expansionsventile 14a, 14b geführte Kältemittel temperiert, insbesondere in seiner Temperatur abgesenkt werden, und zwar mit Hilfe des Kältemittels, welches von den Verdampfern 13a, 13b in Richtung auf den Verdichter 11 geführt wird.
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1 zeigt weiter ein Regelgerät 16. Das Regelgerät 16 dient der Steuerung und Regelung des Betriebs des Kältekreislaufs 10, nämlich der Steuerung und Regelung des Verdichters 11 sowie der Expansionsventile 14a, 14b.
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Dem Regelgerät 16 werden mehrere Eingangsgrößen von Sensoren 17, 18 und 19 bereitgestellt.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich beim Sensor 17 um einen ersten pT -Sensor, welcher als Messwerte dem Regelgerät 16 eine Temperatur und einen Druck des Kältemittels unmittelbar stromabwärts des Verdichters 11, insbesondere im Bereich eines Kühlmittelaustritts des Verdichters, und demnach stromaufwärts des Kondensators 12 bereitstellt.
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Beim Sensor 18 handelt es sich im gezeigten Ausführungsbeispiel um einen weiteren pT-Sensor, welcher dem Regelgerät 16 Messwerte über einen Druck und eine Temperatur des Kältemittels unmittelbar stromaufwärts des Verdichters 11, insbesondere im Bereich eines Kühlmitteleintritts des Verdichters, und demnach stromabwärts des Wärmetauschers 15, bereitstellt.
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Beim Sensor 19 handelt es sich um einen weiteren pT-Sensor, welcher dem Regelgerät 16 als Messwerte einen Druck und eine Temperatur des Kältemittels stromabwärts eines der Verdampfer 13a, 13b bereitstellt, und zwar in 1 den Druck und die Temperatur des Kältemittels unmittelbar stromabwärts des Verdampfers 13b, insbesondere im Bereich eines Kühlmittelaustritts desselben.
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Im Regelgerät 16 ist für den Verdichter 11 ein vorzugsweise empirisch ermitteltes Verdichter-Kennfeld hinterlegt. In Abhängigkeit dieses im Regelgerät 16 hinterlegten Verdichter-Kennfelds ist abhängig von der Ist-Temperatur und dem Ist-Druck des Kältemittels stromaufwärts des Verdichters 11, die vom Sensor 18 bereitgestellt werden, und abhängig von der Ist-Temperatur und dem Ist-Druck stromabwärts des Verdichters 11, die vom Sensor 17 bereitgestellt werden, ein Kältemittel-Massestrom über den Verdichter 11 bestimmbar. Bei einem elektrisch angetriebenen Verdichter 11 ist dieses Verdichter-Kennfeld weiterhin von der Drehzahl des den Verdichter 11 antreibenden Elektromotors abhängig. Bei einem mechanisch angetriebenen Verdichter 11 hingegen ist dieses Verdichter-Kennfeld weiterhin von einer Öffnungsstellung eines bei mechanisch angetriebenen Verdichtern zum Einsatz kommenden Verdichter-Regelventils abhängig.
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Bei dem im Regelgerät 16 für den Verdichter 11 hinterlegten Verdichter-Kennfeld handelt es sich insbesondere um ein sogenanntes Liefergrad-Kennfeld des Verdichters 11. Der Liefergrad eines Verdichters entspricht dem Verhältnis von einem geförderten Volumenstrom zu einem theoretisch möglichen Volumenstrom über den Verdichter 11, hier also von einem geförderten Kältemittel-Volumenstrom zum aufgrund der Geometrie des Verdichters theoretisch möglichen Kältemittel-Volumenstrom. Aus dem Volumenstrom kann abhängig von der Dichte des Kältemittels der Kältemittel-Massenstrom über den Verdichter 11 berechnet bzw. bestimmt werden. Die Dichte des Kältemittels kann dabei abhängig von der Temperatur und Dichte des Kältemittels stromabwärts des Verdichters 11, die vom Sensor 17 bereitgestellt werden, bestimmt werden.
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Erfindungsgemäß ist im Regelgerät 16 nicht nur das Verdichter-Kennfeld für den Verdichter 11 hinterlegt, vielmehr ist für jedes der Expansionsventile 14a, 14b entweder ein individuelles oder ein für mehrere Expansionsventile gemeinsames, vorzugsweise empirisch ermitteltes, Expansionsventil-Kennfeld hinterlegt.
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Auf Basis des jeweiligen Expansionsventil-Kennfelds ist im Steuergerät 16 in Abhängigkeit von der Ist-Temperatur und dem Ist-Druck stromabwärts des Verdichters 11, die vom Sensor 17 bereitgestellt werden, ein Kältemittel-Massenstrom über das jeweilige Expansionsventil 14a, 14b bestimmbar, wobei das jeweilige Expansionsventil-Kennfeld weiterhin von einer Öffnungsstellung des jeweiligen elektrisch aktuierbaren Expansionsventils 14a, 14b abhängig ist.
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Dann, wenn mehrere baugleiche Expansionsventile in dem Kältekreislauf zum Einsatz kommen, ist für die baugleichen Expansionsventile ein gemeinsames Expansionsventil-Kennfeld hinterlegt. Unterscheiden sich jedoch die Expansionsventile voneinander, so ist für die Expansionsventile ein individuelles Expansions-Kennfeld im Regelgerät 16 hinterlegt.
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Erfindungsgemäß sind demnach im Regelgerät 16 das Verdichter-Kennfeld sowie mindestens ein Expansionsventil-Kennfeld hinterlegt. Auf Basis des Verdichter-Kennfelds lässt sich der Kältemittel-Massenstrom über den Verdichter 11 bestimmen, und zwar abhängig von Ist-Temperaturen und Ist-Drücken des Kältemittels unmittelbar stromaufwärts und unmittelbar stromabwärts des Verdichters 11. Auf Grundlage des jeweiligen Expansionsventil-Kennfelds lässt sich der Kältemittel-Massestrom über das jeweilige Expansionsventil 14a, 14b und damit den jeweiligen Verdampfer 13a, 13b bestimmen, und zwar abhängig von einer Ist-Temperatur und einem Ist-Druck des Kältemittels stromabwärts des Verdichters 11.
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Als Ist-Temperatur und Ist-Druck für das Expansionsventil-Kennfeld dienen vorzugsweise dieselbe Ist-Temperatur und derselbe Ist-Druck stromabwärts des Verdichters 11, welche mit einer Verrechnungskennlinie im Regelgerät 16 gekoppelt ist, um den Druckverlust zwischen Verdichter und Expansionsventil sowie die zu erwartende Temperatur am Expansionsventileintritt kompensiert zur weiteren Berechnung im Regelgerät zur Verfügung stellt. Sollte im Kältekreislauf 10 nach dem Wärmetauscher 15 und vor den Expansionsventilen 14a, 14b ein weiterer pT-Sensor verbaut sein, so können für das jeweilige Expansionsventil-Kennfeld als Ist-Temperatur und Ist-Druck des Kältemittels stromabwärts des Verdichters 11 auch diese Messwerte des unmittelbar stromaufwärts der Expansionsventile 14a, 14b positionierten, in 1 nicht gezeigten, Sensors genutzt werden.
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Erfindungsgemäß wird abhängig von einer Leistungsanforderung an den Kältekreislauf 10 auf Basis des Verdichter-Kennfelds eine Ansteuergröße für den Verdichter 11 und abhängig vom jeweiligen Expansionsventil-Kennfeld eine Ansteuergröße für das jeweilige Expansionsventil 14a, 14b bestimmt, um die Leistungsanforderung mit Hilfe eines entsprechenden Kältemittel-Massestroms über Verdichter 11 und jeweiliges Expansionsventil 14a, 14b zu erfüllen.
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Bei Mehrverdampfer-Systemen ist die jeweilige Ansteuergröße für das jeweilige Expansionsventil 14a, 14b auch von der Aufteilung der Leistungsanforderung an den gesamten Kältekreislauf 10 auf die einzelnen Verdampfer 13a, 13b abhängig.
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Abhängig von der Leistungsanforderung an den Kältekreislauf 10 wird auf Basis des Verdichter-Kennfelds als Ansteuergröße für den Verdichter 11 bei einem elektrisch angetriebenen Verdichter eine Drehzahl und bei einem mechanisch angetriebenen Verdichter eine Öffnungsstellung des Verdichter-Regelventils bestimmt, mit der ein die Leistungsanforderung erfüllender Kältemittel-Massestrom über den Verdichter 11 bereitgestellt wird.
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Abhängig von demjenigen Anteil des vom Verdichter 11 bereitgestellten Kältemittel-Massestroms, welcher über das jeweilige Expansionsventil 14a bzw. 14b geführt soll, um eine Leistungsanforderung an einem jeweiligen dem jeweiligen Expansionsventil 14a bzw. 14b nachgelagerten Verdampfer 13a bzw. 13b zu erfüllen, sowie abhängig von dem Expansionsventil-Kennfeld des jeweiligen Expansionsventils 14a, 14b wird als Ansteuergröße für das jeweilige Expansionsventil 14a, 14b eine Öffnungsstellung desselben bestimmt, mit welcher dieser Anteil des Massestroms über das jeweilige Expansionsventil 14a, 14b und damit den jeweiligen Verdampfer 13a, 13b geführt wird, und zwar wiederum unter Erfüllung der Leistungsanforderung an den Kältemittelkreislauf 10 bzw. unter Erfüllung einer Leistungsanforderung an den jeweiligen Verdampfer 13a, 13b des Kältekreislaufs 10.
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Bei den so auf Basis der steuerungsseitig hinterlegten Kennfelder ermittelten Ansteuergrößen für den Verdichter 11 sowie das jeweilige Expansionsventil 14a, 14b handelt es sich um mit Hilfe einer Kältemittel-Massestromberechnung bestimmte Vorsteuergrößen von Verdichter 11 und jeweiligen Expansionsventil 14a, 14b, mit Hilfe derer eine Leistungsanforderung an den Kältemittelkreislauf 10 bzw. den jeweiligen Verdampfer 13a, 13b des Kältekreislaufs direkt bereitgestellt werden kann. So ist eine direkte Vorsteuerung eines Kältekreislaufs möglich.
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Abhängig von einer Leistung, die im Bereich eines Verdampfers 13a, 13b des Kältekreislaufs 10 bereitgestellt werden soll, kann entsprechend dem Verdichter-Kennfeld und dem jeweiligen Expansionsventil-Kennfeld ein optimaler Betriebspunkt für den Verdichter 11 und das jeweilige Expansionsventil 14a, 14b angefahren werden.
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Es kann mit hoher Effizient zwischen einem Einzelverdampfer-Betrieb und einem Mehrverdampfer-Betrieb dynamisch gewechselt werden. Soll ausgehend von einem Einzelverdampfer-Betrieb auf einen Mehrverdampfer-Betrieb umgeschaltet werden, so kann der Kältemittel-Massestrom am bereits im Einzelverdampfer-Betrieb genutzten Verdampfer 13a konstant gehalten werden, es wird lediglich der notwendige zusätzliche Kältemittel-Massestrom des im Mehrverdampfer-Betrieb zusätzlich zu betreibenden Verdampfers 13b zum Kältemittel-Massestrom über den Verdichter 11 addiert. Am bereits betriebenen Verdampfer 13a bleibt die Leistung konstant. Der Verdichter 11 stellt nur den zusätzlichen Leistungsbedarf bereit, der durch Zuschaltung eines weiteren Verdampfers 13b benötigt wird. Hierzu wird bei einem elektrisch angetriebenen Verdichter 11 die Drehzahl desselben erhöht, bei einem mechanisch angetriebenen Verdichter 11 wird auf die Stellung des Verdichter-Regelventils zugegriffen. Die Stellung für das jeweilige Expansionsventil 14b, welches dem zuzuschaltenden Verdampfer 13b vorgeschaltet ist, wird abhängig vom Expansionsventil-Kennfeld bestimmt.
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Das Regelgerät 16 bestimmt auf die oben beschriebene Art und Weise nicht nur die Ansteuergrößen für den Verdichter 11 und das jeweilige Expansionsventil 14a, 14b, vielmehr ist dieser Ansteuerung, die eine Vorsteuerung bereitstellt, eine Regelung überlagert, die das Regelgerät 16 bereitstellt. So wird vom Regelgerät 16 bei einem elektrisch angetriebenen Verdichter 11 die Drehzahl des Verdichters 11 über einen mechanisch angetriebenen Verdichter 11 die Öffnungsstellung des Verdichter-Regelventils geregelt, und zwar derart, dass eine Ist-Temperatur eines zu kühlenden Mediums, insbesondere von zu kühlender Luft oder zu kühlender Kühlflüssigkeit, stromabwärts des jeweiligen Verdampfers in Richtung auf eine Soll-Temperatur geführt wird. Die Regelung für das jeweilige Expansionsventil 14a, 14b regelt die Öffnungsstellung des jeweiligen Expansionsventils derart, dass ein Ist-Druck und eine Ist-Temperatur des Kältemittels stromabwärts des jeweiligen Verdampfers in Richtung auf einen Soll-Druck und eine Soll-Temperatur geführt werden bzw. auf die Soll-Überhitzung oder Unterkühlung des Kältemittels, wobei die jeweiligen Ist-Werte vom Sensor 19 bereitgestellt werden. Aufgrund der erfindungsgemäß ermittelten Vorsteuerung für Verdichter 11 und Expansionsventil 14a, 14b muss diese Regelung von Verdichter 11 und jeweiligem Expansionsventil 14a, 14b nur minimal eingreifen, um Nuancen auszuregeln.
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Mit der Erfindung lässt sich ein Kältekreislauf eines Kraftfahrzeugs, der auch als Kältemittelkreislauf oder Kälteanlage oder als Klimatisierungs- und Kühlkreislauf bezeichnet wird, optimal betreiben. So kann zum Beispiel eine variable Überhitzungsregelung bereitgestellt werden. Ist eine Betriebsstrategie eher leistungsoptimal ausgelegt, so wird eine Überhitzung eher runtergefahren. Ist hingegen ein energieoptimaler Betrieb gewünscht, so wird die Überhitzung eher hochgefahren. Dynamische Arbeitspunkte können flexibel realisiert werden. So kann zum Beispiel der Kältekreislauf zuerst leistungsoptimal betrieben werden, um schnell bzw. dynamisch eine gewünschte Soll-Temperatur stromabwärts des jeweiligen Verdampfers zu erreichen. Ist die gewünschte Ist-Temperatur stromabwärts des Verdampfers erreicht, kann zugunsten der Leistungsaufnahme des Verdichters die Überhitzung aufgeweitet werden.
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Die Erfindung betrifft nicht nur ein Verfahren zum Betreiben des Kältekreislaufs 10, sondern auch den Kältekreislauf 10 als solchen, der das Regelgerät 16 umfasst, welches eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren steuerungsseitig auszuführen. Das Regelgerät 16 bestimmt demnach, wie durch die gestrichelten Pfeile der 1 gezeigt, für den Verdichter 11 sowie das jeweilige Expansionsventil 14a, 14b zwei Ansteuergrößen, nämlich auf Basis der im Regelgerät 16 hinterlegten Kennfelder eine Vorsteuergröße sowie über die überlagerte Regelung weiterhin Stellgrößen einer Regelung, um noch über die Vorsteuerung verbleibende Abweichungen auszuregeln.
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Wie bereits ausgeführt, sind im Regelgerät 16 das Verdichter-Kennfeld und das oder jedes Expansionsventil-Kennfeld hinterlegt, auf Basis derer eine Bestimmung des Kältemittel-Massestroms über den Verdichter 11 und das jeweilige Expansionsventil 14a, 14b erfolgt, und zwar derart, um abhängig von einer Leistungsanforderung an den Kältekreislauf, insbesondere an den jeweiligen Verdampfer 13a, 13b, die Ansteuergrößen für den Verdichter 11 sowie das jeweilige Expansionsventil 14a, 14b, welches dem jeweiligen Verdampfer 13a, 13b vorgelagert ist, unter Erfüllung der Leistungsanforderung zu bestimmen.
